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Regelvorrichtung für Heizungsanlagen
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelvorrichtung für Heizungsanlagen
mit einer elektronischen Regelschal tung, an deren einem Eingang eine von der Vorlauftemperatur
eines Heizmittels gesteuerte Regelgröße anliegt, an deren zweiten Eingang eine über
eine Bewertungsschaltung geführte und somit bewertete, von der Außentemperatur des
die Heizungsanlage umgebenden Gebäudes abhängige Führungsröße anliegt, an deren
Ausgang eine auch von einer Solltemperatur abhängige Stellgröße zur Veränderung
der Vorlauftemperatur des Heizmittels zur Verfügung steht, an deren einem dritten
Eingang der Regelschaltung zur Vorgabe einer gewünschten Innentemperatur des die
Heizungsanlage umgebenden Gebäudes eine von einem Soiltemperaturgeber entsprechend
der Solltemperatur gebildete Sollgröße anliegt; ein vierter Eingang der elektronischen
Regelschaltung ist mit dem Ausgang eines Führungsreglers verbunden, an dessen einem
Eingang eine von der Innentemperatur des die Heizungsanlage umgebenden Gebäudes
beeinflußte weitere Führungsgröße anliegt und dessen anderer Eingang mit der Sollgröße
beaufschlagt ist, wobei das Ausgangssignal des Führungsreglers von der Differenz
zwischen der weiteren Führungsgröße und der Sollgröße abhängig ist, daß der Ausgang
des Führungsreglers mit einem Eingang einer Optimierungsschaltung verbunden ist,
deren anderer Eingang mit einem Eingang der Bewertungsschaltung verbunden ist, und
deren Ausgang auf einen anderen Eingang der Bewertungsschaltung geführt ist, wobei
das Signal am Ausgang der Optimierungsschaltung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal
des Führungsreglers und von der unbewerteten einen Führungsröße derart auf die Bewertungsschaltung
einwirkt, daß
die Bewertung der einen Führungsgröße verändert wird,
nach Patent ... (deutsche Patentanmeldung P 31 10 730.3).
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Bei einer Regelvorrichtung nach dem Hauptpatent ...
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(Patentanmeldung P 31 10 730.3) sind der Führungsregler und die elektronische
Regelschaltung so ausgebildet, daß sie die Innentemperatur eines die Heizungsanlage
umgebenden Gebäudes optimal ausregeln. Die Bewertungsschaltung dieser Regelvorrichtung
weist Verknüpfungsschaltungen auf, mit denen die Parameter der Bewertung der Außentemperatur
des die Heizungsanlage umgebenden Gebäudes verändert werden können. Diese Parameter
sind Parameter einer Heizkurve, die den Verlauf der Vorlauftemperatur des in der
Heizungsanlage befindlichen Heizmittels in Abhängigkeit von der Außentemperatur
darstellt. Ein Parameter stellt hier eine Parallelverschiebung der Heiz kurve (Niveauverschiebung),
ein anderer Parameter stellt die Veränderung der Steigung der Heizkurve dar, die
das Verhältnis einer Änderung der Außentemperatur zu einer Änderung der Vorlauftemperatur
beinhaltet. Wird diese Regelvorrichtung in einer Heizungsanlage angewendet, die
als Fußbodenheizung ausgeführt ist, so stellt sich eine Vorlauftemperatur von ca.
400C mit relativ geringem Schwankungsbereich ein, und es ist hier somit eine relativ
geringe Steigung der Heizkurve erforderlich. Ist die Regelvorrichtung für eine Heizungsanlage
ausgelegt, die als Radiatorheizung ausgeführt ist, so ist eine Vorlauf-0 temperatur
von ca. 60 C mit größerem Schwankungsbereich und somit eine größere Steigung der
Heizkurve erforderlich.
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Weitere Änderungen der Steilheit der Heizkurve sind bei extremen Schwankungen
der Außentemperatur als auch der gewünschten Innentemperatur des die Heizungsanlage
umgebenden Gebäudes erforderlich.
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Eine Änderung der gewünschten Innentemperatur stellt sich
als
Sprung der Sollgröße am Ausgang des Solltemperaturgebers dar, der direkt auf den
dritten Eingang der elektronischen Regelschaltung einwirkt, aber auch zu einer Änderung
der Regeldifferenz am Ausgang des Führungsreglers und somit eventuell zu Optimierungsschritten
führt. Ein solcher Sprung der Sollgröße führt demgemäß abhängig von den dynamischen
Eigenschaften des Führungsreglers und der elektronischen Regelschaltung nach einer
Zeitspanne zu einer Änderung der Innentemperatur, wobei die eingestellte Heizkurve
bzw. eine Änderung dieser Heizkurve zunächst keinen Einfluß ausübt; ein solcher
Einfluß kann nur mittels eventuell erfolgender Optimierungsbefehle in relativ großen
Zeitabständen am Ausgang der Optimierungsschaltung ausgeübt werden.
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Der Führungsregler und die elektronische Regelschaltung bilden mit
der Heizungsanlage und dem die Heizungsanlage umgebenden Gebäude einen Regelkreis,
bei dem die verschiedenen Regelbausteine, z. B. Führungsregler und elektronische
Regelschaltung, bezüglich ihres dynamischen Verhaltens zur Erreichung einer möglichst
schnellen Regelung der Innentemperatur, insbesondere hinsichtlich der gesamten Kreisverstärkung
und der Zeitkonstanten optimal aufeinander abgestimmt sein müssen.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Regelvorrichtung
für Heizungsanlagen zu schaffen, die sich durch ein sehr gutes dynamisches Verhalten
des gesamten Regelkreises auszeichnet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Regelvorrichtung
der eingangs angegebenen Art der Ausgang des Solltemperaturgebers mit dem Eingang
der Bewertungsschaltung verbunden.
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Mit dieser Anordnung ist auf einfache Weise erreicht, daß sich ein
Sprung der Sollgröße durch Vorgabe einer neuen gewünschten Innentemperatur (Solltemperatur)
möglichst schnell als Erhöhung der tatsächlichen Innentemperatur auswirkt. Dadurch,
daß die Anderung der Sollgröße in gleicher Weise wie die eine Führungsgröße (Außentemperatur)
in der Bewertungsschaltung bewertet wird, kann das dynamische Verhalten des gesamten
Regelkreises optimal gestaltet werden, da abhängig von der eingestellten Heizkurve
in der Bewertungsschaltung sich auch ein entsprechender Sprung der bewerteten Führungsgröße
am Eingang der elektronischen Regelschaltung bemerkbar macht.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Führungsregler
als P-Regler ausgebildet und mit dem Ausgang einer Parameteränderungsschaltung verbunden,
die mit ihrem Eingang am Ausgang der Optimierungsschaltung angeschl.ossen ist, wobei
die Parameteränderungsschaltung, abhängig vom Ausgangssignal der Optimierungsschaltung,
ein das Proportionalverhalten des Führungsreglers beeinflussendes Signal erzeugt.
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Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung
ist auf einfache Weise die Auswertung der jeweils eingestellten Heizkurve zur Anpassung
des dynamischen Verhaltens des Führungsreglers an die Heizkurve möglich. Ist eine
Änderung der Steigung der Heizkurve erforderlich, z. B, durch Änderungen in der
Heizung anlage, so kann sich dies nachteilig auf das dynamische Verhalten des gesamten
Regelkreises auswirken, da die übergangsf-unktionen, d. h. die Beziehung zwischen
Änderungen der Ausgangs- und der Eingangsgrößen der Regelbausteine (z. B. des Führungsreglers),
nur für bestimmte Änderungen ihrer Eingangsgrößen- ein optimales dynamisches Verhalten
aufweisen.
Das dynamische Verhalten ist hier auch insofern von Bedeutung, da ständiges oder
lang andauerndes überschwingen der resultierenden Innentemperatur des Gebäudes um
die gewünschte Innentemperatur als störend empfunden wird und darüber hinaus zu
einem überflüssigem Verbrauch an Heizenergie führt.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist die elektronische Regelschaltung
zur Gewährleistung eines optimalen dynamischen Verhaltens des Regelkreises als PI-Regler
ausgebildet und ist mit dem Ausgang einer weiteren Parameteränderungsschaltung verbunden.
In vorteilhafter Weise ist die Parameteränderungsschaltung mit ihrem Eingang an
dem Ausgang der Bewertungsschaltung anschaltbar, wobei die weitere Parameteränderungsschaltung
abhängig vom Ausgangssignal. der Bewertungsschaltung ein das Proportionalverhalten
des Führungsreglers beeinflussendes Signal erzeugt.
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Mit dieser Ausführungsform kann auf einfache Weise der Proportionalanteil
der elektronischen Regelschaltung derart verändert werden, daß diese abhängig von
der bewerteten einen Führungsgröße (Außentemperatur) am Ausgang der Bewertungsschaltung
ist. Das dynamische Verhalten der elektronischen Regeischaltung kann somit an den
Schwankungsbereich mindestens einer der Eingangsgrößen der Regelschaltung angepaßt
werden, so daß eine annähernd gleichbleibende Kreisverstärkung des gesamten Regelkreises
gewährleistet ist, unabhängig von der Vorlauftemperatur und von der Art der Heizungsanlage.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung
mit einer als PTRegler ausgeführten Regelschaltung ist die Parameteränderungsschaltung
mit ihrem Eingang an eine die Regelgrößetührende Leitung anschaltbar, wobei. die
weitere Parameteränderungsschaltung, abhängig
von dem Wert der
Regelgröße' ein das Proportionalverhalten der elektronischen Regelschaltung beeinflusndes
Signal abgibt.
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Mit dieser Ausführungsform kann auf einfache Weise erreicht werden,
daß der Proportionalanteil der elektronischen Regelschaltung abhängig von der die
Regelgröße bildenden Vorlauftemperatur verändert werden kann. Für bestimmte Anwendungsfälle
kann es wünschenswert sein, das dynamische Verhalten der elektronischen Regelschaltung
an den Wert der Vorlauftemperatur anzupassen, um eine -optimale Regelung besonders
für einen Zeitraum nach einer gewollten Änderung der Vorlauftemperatur ,-z. B. bei
Veränderungen der Heizungsanlage, zu ermöglichen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Parameteränderungsschaltung
an ihrem Eingang mit einer Größe beaufschlagbar, die dem Stellwinkel eines zur Heizungsanlage
gehörenden Stellgliedes proportional ist,wobei die weitere Parameteränderungsschaltung
abhängig von der dem Stellwinkel proportionalen Größe ein das Proportionalverhalten
der elektronischen Regelschaltung beeinflussendes Signal erzeugt.
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Dadurch, daß die am Eingang der Heizungsanlage anstehende Stellgröße,
die sich als Stellwinkel des Stellgliedes (z. B. Mischventil für das Heizmittel
in der Heizungsanlage) darstellen läßt, als Signal für die Steuerung der weiteren
Parameteränderungsschaltung herangezogen wird, ist auf einfache Weise erreicht,
daß störende Einflüsse, z. B. nichtlineares Verhalten der Heizungsanlage, sich nicht
negativ auf das dynamische Verhalten der Regelung auswirken.
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Die Erfindung wird anhand der Figur erläutert, die ein Prinzipschaltbild
des Regelkreises der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung darstellt,
In
der Fig. weist eine elektronische Regelschaltung 1 Eingänge 2, 3, 4 und 5 auf. Am
Eingang 2 steht die Regelgröße an, die von der Vorlauftemperatur Tv des Heizmittels
abhängig ist; am Eingang 3 liegt eine bewertete eine Führungsgröße Fa (TA) an, die
am Ausgang einer Bewertungsschaltung 6 gebildet ist; an dem Eingang 4 ist der Ausgang
eines Solltemperaturgebers 7, der die Sollgröße S erzeugt, angeschlossen, und der
Eingang 5 ist mit dem Ausgang eines Führungsreglers 8 verbunden.
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Am Eingang 9 der Bewertungsschaltung 6 liegt die unbewertete eine-Führungsgröße
Fa, die von der Außentemperatur Ta des Gebäudes abhängig ist; ihr ist die Sollgröße
S des S-olltemperaturgebers 7 überlagert, wobei die eine Führungsgröße Fa und die
Sollgröße gemeinsam durch die Bewertungsschaltung 6 bewertet werden.
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Am Ausgang des Führungsreglers 8 ist die Regeldifferenz Xw. aus der
Sollgröße S und einer weiteren von der Innentemperatur Tr des Gebäudes abhängigen
Größe Fr gebildet.
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Die Regeldifferenz Xw ist auch auf einen Eingang 10 einer Optimierungsschaltung
11 geführt, deren Ausgangssignai zu einer Veränderung der Bewertung in der Bewertung
schaltung 6 führt.
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An einem weiteren Eingang 12 der Optimierungsschaltung 11 ist die
Eingangsgröße der Bewertungsschaltung 6 geführt, wodurch.eine zusätzliche Beeinflussung
des Ausgangssignals der Optimierungsschaltung vorgenommen wird.
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Der Ausgang der elektronischen Regelschaltung 1 ist auf den Eingang
einer hier symbolisch als- Reglerbaustein 13 dargestellten Heizungsanlage geführt,
die ein Stellglied 14, z.- B. ein Mischventil für das Heizmittel der Heizungsanlage,
enthält. Das Ausgangssignal dieses Reglerbausteins 13 stellt die Regelgröße R in
Abhängigkeit von der Vorlauf-
temperatur Tv dar, die auf das hier
ebenfalls symbolisch als weiterer Reglerbaustein 15 dargestellte Gebäude einwirkt.
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Vom-weiteren Reglerbaustein 15 ist als Ausgangssignal die weitere
Größe Fr, die von der Innentemperatur Tr des Gebäudes abhängig ist, an den Eingang
16 des Führungsreglers 8 geführt.
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Zur optimalen Anpassung des Übertragungsverhalten-des Führungsreglers
8 ist dieser über einen zusätzlichen Eingang 17 mit dem Ausgang einer Parameteränderungsschaltung
(KPF) 18 verbunden. Die Parameteränderungsschaltung (KPF) ist mit einem Eingangssignal
beaufschlagt, das aus dem Ausgangssignal der Optimierungsschaltung 11 hergeleitet
ist. Das Ausgangssignal der Optimierungsschaltung 11 enthält u. a. einen Optimierungsbefehl
zur Veränderung der Steigung der Heizkurve, woraus die jeweils aktuelle in der Regelvorrichtung
eingestellte Heizkurve hergeleitet werden kann. Abhängig von der aktuellen Heizkurve
wird mittels der einen Parameteränderungsschaltung 18 der Proportionalanteil der
Übertragungs.funktion des Führungsreglers derart verändert, daß ein Überschwingen
der Ausgangsgröße nämlich der Regeldifferenz vermieden ist.
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An einem zusätzlichen Eingang 19 der elektronischen Regelschaltung
1 ist der Ausgang einer weiteren Parameteränderungs schaltung 20 angeschaltet; als
Eingangssignal erhält die Parameteränderungsschaltung 20 über einen Umschalter 21
entweder eine Größe, die der Verlauftemperatur Tv des Heizmittels, der bewerteten
einen Führungsgröße Fa mit der überlagerten ebenfalls bewerteten Sollgröße S oder
dem Stellwinkel des Stellgliedes 14 entspricht.
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Somit ist sichergestellt, daß abhängig von der aktuellen Regelgröße,
die von der Heizungsanlage erzeugt wird bzw.
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dem Stellwinkel des Stellgliedes entspricht, oder auch abhängig
von
den bewerteten Größen am Ausgang der Bewertungsschaltung das dynamische Verhalten
der elektronischen Regelschaltung optimal eingestellt werden kann, so daß sich eine
gleichbleibende Verstärkung des Gesamtregelkreises und ein optimales dynamisches
Verhalten des Regelkreises ergibt.